專利名稱：帶有起動裝置的避雷器及控制這種避雷器暈電流的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種帶有起動裝置的避雷器，以及一種控制這種避雷器導電體中電暈電流流動的方法。
帶有起動裝置的避雷器是用來保護建筑物免受雷擊的系統(tǒng)。它們適合于以提早方式沿雷擊方向產(chǎn)生一“上升先導(rising precursor)電流”或“上升引導(rising leader)”，以便產(chǎn)生擇優(yōu)的雷電路徑，從而避免損壞它們安裝在其上的建筑物。與簡單的富蘭克林空氣引線端相比，上升先導電流或引導的這種提早產(chǎn)生特性有可能使避雷器更加有效，因為這種上升電流或引導的電荷增大到可遇到云，而與富蘭克林空氣引線端相比，可更早地將雷擊固定于一確定點。
例如由FR-A-2 553 236可知，通過周期性釋放避雷器空氣引線端(尖端)中的能量，增強避雷器空氣引線端的作用，可促進上升先導的出現(xiàn)，具有與建筑物中較少受到雷擊的其他部分屏蔽先導的作用。假設從避雷器導體中發(fā)出的這種上升先導相當早地與來自云的輝光放電電流接觸，因而將沖擊點固定。不過，良好地固定沖擊點可能僅受到一定條件的影響。首先，上升引導與下降引導之間的幾何距離必須滿足一定的條件，尤其是如NF C 17-102標準中所給出的。第二個條件涉及到上升先導的發(fā)射時刻，一定不能太早地發(fā)射。實際上，太早發(fā)射的先導或引導不能充分地朝向下降先導(descending precursor)或引導傳播，且保持為靠近避雷器，而在下降先導或引導方向形成阻礙這種先導或引導后續(xù)過程的空間電荷。
從而已知的避雷器可能不完全有效，因為空間電荷在它們附近積累。
本發(fā)明的一個更加具體目的在于，通過提出一種用于控制這種避雷器的方法克服該缺點，確保產(chǎn)生上升先導，而對于下降先導未屏蔽避雷器。
按照這種精神，本發(fā)明涉及一種控制帶有起動裝置的避雷器的導電體中輝光放電電流流動的方法，其包括以下步驟-只要雷擊沒有到來使輝光放電電流最小，并且-允許該電流恰恰在這種雷擊之前增大。
本發(fā)明的方法采用與已知系統(tǒng)，例如其中增強空氣引線端效果的FR-A-2 553 236相反的過程。通過避免產(chǎn)生空間電荷，該方法有可能將輝光放電電流的預期發(fā)射減小到最小，即出現(xiàn)上升先導，而可以恰恰在雷擊之前，隨氣候條件增大該電流。由于在先導或引導即將傳向地面時呈指數(shù)增大的周圍靜電場，所以確定允許輝光放電電流增大的時刻能實現(xiàn)。從而本發(fā)明的方法有可能在該靜電場只要沒有增加到相當大的程度時限制輝光放電電流，此時該避雷器被構造成，使其電荷轉換成上升先導或引導，然后朝向云自由傳播。換句話說，只要該周圍靜電場不足以使上升引導朝向下降引導自由傳播，該避雷器不發(fā)射放電(discharge)或發(fā)射非常少的放電。
本發(fā)明還涉及一種用于實現(xiàn)上述方法的避雷器，具體來說，涉及一種帶有起動裝置的避雷器，包括一適合于發(fā)射形成一上升先導的電暈放電的導電體，該導電體通過一主放電器(火花隙振蕩器)接地，其特征在于通過用于限制并控制該導電體中輝光放電電流流動的電路，該導電體還平行于該主放電器接地。
該用于限制輝光放電電流的電路的作用與已知電路，尤其是FR-2-553 236的電路相反，在大多數(shù)情形中，其目的在于抵制避雷器中上升先導的增大，即在于使避雷器空氣引線端的影響最小。
根據(jù)本發(fā)明有利但非必須的方面，避雷器包含一個或多個下列特征-該限制與控制電路包括放電裝置，只要周圍靜電場的強度低于一預先確定的閾值，其有效地釋放輝光放電電流。
-該限制與控制電路包括串聯(lián)的一電感和一由一電容器與一次放電器并聯(lián)形成的組件。該電容器可存儲電荷，該次放電器保護該電容器免于受到太高電壓。該電容器和該次放電器構成了用于在該電容器中積蓄電荷，并且在該放電器中清空這些電荷的電路。該電感可限制上述組件處的電流改變，結果在由于電容器與放電器形成的組件中產(chǎn)生的放電引起的電流改變過程中，通過該電感的電流最小。
-該限制與控制電路被集成在一導電支承中，該導電支承的外截面基本上等于該導電體的最大外截面，該支承在主放電器與地之間形成電連接。該限制與控制電路與其集成在其中的導電支承電絕緣，只是其底端接地。由于本發(fā)明的這個方面，該避雷器被設計成使其電路可以集成在標準尺寸的管中，避免可產(chǎn)生能造成寄生空間電荷的所不需要的電暈作用的突起。還便于將避雷器集成在建筑物上，尤其是將審美考慮在內時，因為某些避雷器可以從地面上看到。電路的這種集成還可能設想將避雷器與建筑物上存在的桿柱，如旗桿或天線支承結合在一起。在這種情形中，該電路方便地嵌入上述支承內的絕緣樹脂中，即與該支承電絕緣。
-由一至少部分地插入該導電體與導電支承之間的絕緣套管構成該主放電器。該主放電器還可以包括一包含在導電體或上述支承內的輔助放電器。
-該導電體具有至少一個可根據(jù)雷擊路徑明顯地促進電暈放電的元件。該元件在必須電流時，明顯地方便產(chǎn)生上升先導或引導。在這種情形中，該元件可以明顯地包括由該導電體外圍凸緣形成的邊緣。這些凸緣由該導電體外半徑表面中形成的凹槽分隔開。該元件另一種可能的實現(xiàn)方式為處于該導電體上部中的尖端。
按照下面根據(jù)僅由例子給出，并參照附圖的原理及實施方法的避雷器的三種實現(xiàn)方式的描述，將更容易理解本發(fā)明，并且其其他優(yōu)點將更加顯而易見，在附圖中

圖1為本發(fā)明避雷器的電路圖。
圖2為圖1中避雷器的分解縱剖圖。
圖3為圖1和2避雷器的透視圖。
圖4與圖2相似，為根據(jù)本發(fā)明第二種實施方式的避雷器的分解剖面。
圖5與圖3相似，為圖4避雷器的視圖，以及圖6與圖5相似，為根據(jù)本發(fā)明第三種實施方式的避雷器的視圖。
圖1到3的避雷器包括一安裝在類似導電圓柱體2上的圓錐形導電尖端1，元件1和2構成了形成避雷器端部的導電體。與已知避雷器相比，元件1和2具有較小尺寸。元件1和2的小尺寸可以減小靜電場拾取(pick up)和電流的產(chǎn)生，否則該電場將感應出該電流。圓柱體2與主放電器(火花隙振蕩器)3的接線端電連接，該主放電器的相反端接地。與該放電器3平行，圓柱體2還與用于限制并控制避雷器在尖端1處產(chǎn)生的輝光放電電流I的電路4相連。
電路4包括一與一組件42串聯(lián)的電感41，組件42由并聯(lián)的一電容器43和一次放電器44構成。
電感41的值在100到1000μH之間，而電容器43的電容在100到4000pF之間，次放電器的直流起動電壓處于100到1000伏之間。至于放電器3，其直流起動電壓為10kV量級。
作用方式如下在雷擊未來臨，由于周圍靜電場改變導致電流I趨于增大時，電流出現(xiàn)在通過電路4供給圓柱體2的分支A中，因為通過放電器3將圓柱體2接地的分支B對所述電壓為開路。電流I具有對電容器43充電的作用，直至其兩端電壓大于放電器44的起動電壓，這導致在該放電器中進行放電，具有“清空”或“清除”電容器電荷的作用，結果組件42處消耗了該電流的大部分能量。所存儲的電荷被間歇釋放掉。
而且，沿圓柱體2方向流動的電流I的任何改變均受到電感41的限制，結果只要尖端處的電場不夠大，最終傳給圓柱體的電流便受到限制。從而實現(xiàn)對電流I的限制，實際上是電流I的最小化，這將傾向于在尖端1處產(chǎn)生電暈放電或永久先導。
當避雷器經(jīng)受非常接近于雷擊的氣候條件時，它遭受的靜電場顯著變化，結果在地面與圓柱體2之間產(chǎn)生的電流I變得相當大，組件42中獲得的循環(huán)充電與放電在所產(chǎn)生的電流面前可以忽略不計，在這種情形中，該電流沿圓柱體2方向通過電感41傳播。在這些條件下，尖端1明顯是這樣一種元件，通過它上升先導沿從云端下降的先導方向傳播。
通過這種方法，只要避雷器處于輕微改變的靜電場中，由于電路4，電流I被最小化。然后，即恰恰在雷擊到來之前，因為元件41到44不能對抗由于尖端處大電場和電路4中組件42的時間常數(shù)導致的該電流，該電流可以通過電路4增大。選擇該時間常數(shù)，使組件42可以有效地消耗與電流I相應的電荷，只要該電流較弱，例如100mA量級，同時該組件允許電流通過電感41朝向元件1和2所形成的導電體傳播，這在雷擊迫近導致周圍靜電場突變過程中產(chǎn)生。
正如從圖2和3可以更加具體地看出，電路4集成在例如由金屬制成的導電管5內部。
絕緣套管6插在圓柱體2與管5之間，該套管為盤形，包括容納在管5擰向圓柱體2的端部5a內的部分6a。
X-X’表示避雷器處于已安裝結構時元件1，2，5和6共有的縱軸。元件5構成了元件1和2的支承。
尖端1具有一沿軸X-X’延伸、適合于穿入圓柱體2中央螺孔2a中的螺紋部分1a，使之有可能將元件1與2裝配在一起，以形成避雷器的端部導電元件。
根據(jù)本發(fā)明的一種變型(未示出)，元件1和2可以由一單塊元件取代。
此外，圓柱體2具有一螺紋部分2b，其尺寸為可擰入套管6的中央螺孔6b之內，套管6則通過形狀配合、擰緊和/或膠合到管的端部5a而固定不動。圓柱體2擰緊在套管6上，從而可使其相對管5固定該圓柱體。
大體上沿軸X-X’延伸的螺桿7穿過套管6，而彈簧8保證在螺桿7與圓柱體2的螺紋部分2b之間有效地實現(xiàn)電接觸。
螺桿7與彈簧8相反的端部，通過電纜9與電路4電連接，而另一根電纜10將該電路與管5的與其端部5a相反、并且本身接地的底部5b相連。
根據(jù)本發(fā)明的一種變型(未示出)，并且依照所選擇尺寸和公差，可以省略彈簧8。
在圓柱形且中心處于軸X-X’上的元件2，5和6的外半徑表面范圍形成主放電器3。圓柱體2具有與管5圓柱形邊緣5c直徑相同的圓柱形邊緣2c，套管6上的凸緣6d的外半徑表面6c處于這些邊緣之間。從而，元件2c，5c和6d構成圖1中所示的主放電器3。
至于管5構成了該放電器與地之間的電連接。
在雷擊到尖端1時，電流通過主放電器3在元件1，2和5的表面上流動。
電路4嵌入管5內的絕緣樹脂11中，而電感41被絕緣薄膜45環(huán)繞，這一方面能在電路4與地之間電絕緣，另一方面在該電路與主放電器3之間電絕緣。在一種變型中，可以使用樹脂11，不使用薄膜45，或者可以使用薄膜45，不使用樹脂11，在任一種情形中均覆蓋整個電路4，以便使之與其周圍環(huán)境絕緣。
尖端1的高度h可以在30到100mm之間，同時選擇圓柱體2的高度足夠大，使之不干擾放電器3處的靜電場。高度h’的典型數(shù)值為110mm量級。
凸緣6d的厚度與電路4的阻抗以及受氣候參數(shù)影響的所需起動條件有關。5mm的厚度可以給出令人滿意的結果，不過可以設想其它尺寸。
支承管5的總長度L尤其取決于待集成的電路4的尺寸?？梢詾槔?00mm，不過更短或更長一樣好，為由尖端1和圓柱體2形成的導電元件與最近地面之間構成的距離的函數(shù)。
元件2，5和6的外直徑d取決于待集成的電路和所需機械特性?？梢詾?0mm量級或者更大，為長度L和高度h和h’的函數(shù)?？梢噪S直徑d調節(jié)高度h，以便保持頂端1的適當錐度。本發(fā)明的結構使避雷器最小化，通常其直徑可以保持為小于50mm。
在圖4和5所示本發(fā)明第二種實施方式中，與第一實施例相同的元件其附圖標記增大50。在該實施例中，集成在支承管55中的元件與第一實施例相同，包括一用于限制并控制輝光放電電流、包含一被薄膜95環(huán)繞的電感91和一由一電容器93和一次放電器94構成的組件92的電路54。套管56的凸緣56a結合在支承管55的上端55a和導電圓柱形元件52之間，且支承管55本身接地。
如前所述，由于元件52與管55的相對邊緣52c和55c，由元件52與管55之間的凸緣56d形成放電器53，且套管56的外半徑表面56c與這些元件的相對邊緣52c和55c對準。
該實施方式與前一實施方式的區(qū)別在于導電體由半球形頭部51和圓柱形元件52構成，且圓柱形元件52具有在元件52外半徑表面52f中形成的凹槽52c限定的凸緣52d。
使用半球形頭部51，相對于第一實施例，可以更多地限制輝光放電電流，即出現(xiàn)上升先導或引導，只要避雷器沒有放置在相應于雷擊來臨的靜電場中。實際上，該頭部不具有顯著促進電暈的尖端或元件。
另一方面，連接在凸緣52d外表面與半徑表面之間的邊緣52g，構成了特別的電暈區(qū)域，在電流I通過電路54沿元件52方向傳播時使用該區(qū)域。
元件52的直徑可以為30到50mm量級，而凸緣52d的寬度l在4到10mm之間，凹槽52d的寬度l’同樣在4到10mm之間，寬度l和l’可以相同，或者不同。凹槽52c的深度p可以在2到10mm之間。元件52上的凸緣數(shù)量可以在1到10之間，特別為5數(shù)量級。
第二實施方式中元件的尺寸基本上與第一實施例相同，由于半球形特性，頭部51的高度h基本上等于其直徑的一半。
注意，第二實施方式中的凹槽52e相對元件52由凸緣52d外半徑表面52f限定的外圍表面是中空的。
用于限制并控制放電的電路4或54是動態(tài)的，因為它對外部條件有反應，其功能是自適應的。實際上，如果避雷器處于靜電場改變相當大的條件下，雖然電感41或91傾向于對電流增大進行限制，不過電容器43或93傾向于在次放電器44或94中迅速充電和放電。相反，如果該電流不傾向于隨外部條件而增大，則電容器充電不迅速，且放電作用不頻繁。
輔助放電器96連接在與第一實施例的螺桿7相同的螺桿57與管55的內表面之間。在這種情況下，主放電器53由套管6的外表面56c和處于管子55中的輔助放電器96構成，即防止外部污染。輔助放電器96可以為氣體放電器或者任何其他類型放電器。使之有可能避免在雷擊時侵蝕元件52和55的金屬部分52c和55c。最后，可以測量避雷器的老化作用，并且在其維護框架內對其進行定期監(jiān)控。
根據(jù)本發(fā)明未示出的有利方面，可以給輔助放電器96增加一發(fā)信號系統(tǒng)。
電路4和54中的放電器44和94可以為氣體放電器或者任何其他類型放電器。
由于這兩種實施方式中主放電器3或53的結構，后者沒有相對導電元件2或52或支承管5或55沿徑向伸出，結果不構成污垢或濕氣等的積聚區(qū)域，減小其起動電壓，這相對已知設備形成了相當大的進步。該優(yōu)點特別歸因于將控制與監(jiān)控電路設計成可集成在相應支承管中這一事實。
可以將所描述的兩種實施方式結合在一起。具體來說，如從圖6可以看出，可以使用具有尖端1型元件52型的帶凸緣元件，促進電流I通過限制與控制電路增大時上升先導的形成。
第一種實施方式的避雷器還可以包括一放電器96類型的輔助放電器。
權利要求
1.帶有起動裝置的避雷器，包括一適合于發(fā)射形成一上升先導的電暈放電的導電體，所述導電體通過一主放電器(火花隙振蕩器)接地，其特征在于通過用于限制并控制所述導電體(1，2；51，52)中輝光放電電流(I)流動的電路(4；54)，所述導電體還與所述主放電器(3；53)平行地接地。
2.根據(jù)權利要求1所述的避雷器，其特征在于所述電路(4；54)包括放電裝置(43，44；93，94)，在周圍靜電場的強度低于預定閾值時有效地釋放所述輝光放電電流(I)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的避雷器，其特征在于所述電路(4，54)包括串聯(lián)在一起的一電感(41；91)和一由一電容器(43；93)和一次放電器(44；94)并聯(lián)構成的組件(42；92)。
4.根據(jù)權利要求1到3其中之一所述的避雷器，其特征在于所述電路(4；54)集成在一導電支承(5；55)中，導電支承的外截面(d)基本上等于所述導電體(1，2；51，52)的最大外截面，所述支承在所述主放電器(3；53)與地面之間形成電連接。
5.根據(jù)權利要求4所述的避雷器，其特征在于所述電路(4；54)相對所述支承(5；55)電絕緣。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的避雷器，其特征在于所述主放電器(3；53)包括一至少部分插入所述導電體(1，2；51，52)與所述導電支承(5；55)之間的絕緣套管(6；56)。
7.根據(jù)權利要求4到6其中之一所述的避雷器，其特征在于所述主放電器(3；53)還包括一包含在所述導電體(1，2；51，52)或所述支承(5；55)中的輔助放電器(96)。
8.根據(jù)權利要求1到7其中之一所述的避雷器，其特征在于所述導電體(1，2；51，52)具有至少一個用于根據(jù)雷擊路徑明顯地促進電暈放電的元件(1；52g)。
9.根據(jù)權利要求7所述的避雷器，其特征在于所述元件明顯地包括由外圍凸緣(52d)構成，且由所述導電體(51，52)外半徑表面(52f)中形成的凹槽(52e)分隔開的邊緣(52g)。
10.用于根據(jù)前述權利要求之一控制帶有起動裝置的避雷器的導電體(1，2；51，52)中輝光放電電流流動的方法，其特征在于包括以下步驟-只要雷擊未到來使所述輝光放電電流(I)最小，并且-允許所述電流恰恰在這種雷擊之前增大。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有起動裝置的避雷器，包括一被設計成可發(fā)射形成一上升先導的電暈放電的導電體(2)，所述導電體(1，2)被通過一包括絕緣套管(6)的主火花隙振蕩器接地。該導電體(1，2)還平行于所述火花隙振蕩器，通過限制并控制該導電體(1，2)中輝光放電電流(I)流動的電路(4)接地。該方法尤其包括只要雷擊未來臨使輝光放電電流(I)減至最小，并且允許輝光放電電流恰恰在這種雷擊之前增大。
文檔編號H02G13/00GK1481602SQ0182075
公開日2004年3月10日 申請日期2001年11月21日 優(yōu)先權日2000年11月22日
發(fā)明者阿蘭·魯索, 阿蘭 魯索 申請人:阿蘭·魯索, 阿蘭 魯索